安龄资讯 | 外泌体每周速递011

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1、超声在外泌体治疗中的应用及未来发展

近日，来自韩国釜庆大学的研究人员发表综述，讨论了外泌体的生物学作用以及如何利用它们来改善药物输送和诊断。此外，还详细探讨超声在调整细胞特征方面的能力，并为提出超声如何改善外泌体的治疗特性提供证据和观点。相关内容以“Exosomes and ultrasound: The future of theranostic applications”为题在线发表于1月20日的材料学期刊Materials Today Bio杂志上。

自外泌体被发现以来，其多种功能不断被报道。其中，外泌体的生物学功能使其成为了解细胞生理状态和病理进展的重要媒介。外泌体近年来受到多学科研究人员的广泛关注，因为它们在生物标志物、图像引导的特定疾病诊断中起着重要作用。外泌体衍生的分子既可以内化在受体细胞中，也可以通过受体调节细胞通路，这使它们成为高效药物传递系统的理想候选。生物医学研究人员在开发外泌体作为一种潜在的治疗剂时考虑了外泌体的这些特性。在实现治疗药物的应用方面存在一些挑战，包括特异性、部位靶向等关键因素。这导致专家们寻求一种外部触发式或图像引导来增强外泌体或其他类似治疗剂的治疗特性。成像方式，如MRI、CT、超声等，通常被用于图像引导诊断和治疗应用。

不同的细胞对超声有独特的反应，并能有效地调节细胞的迁移和流动性。除了物理性质外，细胞的细胞内/细胞外分子剖面也会因声学操作而改变。一些研究人员关注和探索外泌体作为一种介质，用于提高细胞对药物的吸收、诊断或跟踪特定细胞类型。一些研究人员利用超声对细胞特性的影响，重点研究了外泌体分泌或外泌体介导的药物传递。

因此，超声波和声学系统被广泛研究，因为超声能够改变所应用的系统的特性，包括外泌体。在这篇综述中，研究人员分别详细介绍了外泌体和超声的诊断和治疗应用，包括它们的常规应用、缺点以及应对挑战的发展。这些信息被分为不同的部分，提供了外泌体在各种疾病中的分离策略和治疗应用的完整概述。然后阐述了基于超声的疾病诊断和治疗，特别关注了超声在增强纳米药物和纳米药物传递系统疗效方面的应用，最后讨论了超声在增强外泌体诊断和治疗性能方面的能力，这可能是治疗学的未来发展方向。

2、用于骨缺损修复的工程化外泌体

近日，西安交通大学口腔医院裴丹丹课题组综述了近年来工程化外泌体在骨缺损修复中的应用研究，重点介绍了具有促成骨效应的外泌体内容物、工程化外泌体策略和外泌体整合生物材料的特性，并为探索先进的工程外泌体治疗骨缺损修复提供了新的见解。该综述文章以“Engineering exosomes for bone defect repair”为题发表于Frontiers in Bioengineering and Biotechnology杂志上(2022 Dec 7;10:1091360)。

该文总结了具有生物活性的外泌体内容物（如miRNA、长链非编码RNA和环状RNA等）在骨再生中的作用，而且归纳总结了目前构建工程化外泌体用于骨再生的三种策略，即外泌体的直接修饰、亲本细胞的化学或物理处理和亲本细胞的遗传修饰（图1）。通过比较以上三种构建方式的优劣，作者提出：在构建工程化外泌体时，应充分考虑应用场景和作用方式，选择适合的工程化外泌体构建方式；面对复杂应用场景时，多种构建方式搭配使用也是一种值得考虑的策略。

值得一提的是，作者还独辟蹊径地从搭载工程化外泌体的生物材料的性能入手，关注了目前用于搭载工程化外泌体的生物材料所具备的性能，并总结了这些性能是如何协助工程化外泌体发挥促成骨分化功能的机制（图2），为搭载外泌体的新型生物材料的设计具有一定的指导意义。

最后，作者指出，虽然工程化外泌体极大地改善了天然外泌体治疗骨再生所面临的局限性，但其仍然面临一些阻碍，比如不同批次生产的外泌体之间可能会存在异质性，导致外泌体治疗效果的反复与不可控。这些困难也刺激了新的尖端技术的发展从而提高外泌体的生产和功能。同时，作者预测，未来新型生物材料以及更复杂的工程外泌体将用于促进骨组织再生，这将极大地助力骨再生领域的生物医学的研究和治疗方式的改进。

3、外泌体分离方法的研究进展

2023年1月13日，中国科学技术大学附属第一医院沈佐君教授团队在Frontiers in Bioengineering and Biotechnology杂志上在线发表了题为“Recent developments in isolating methods for exosomes”的综述论文（doi: 10.3389/fbioe.2022.1100892）。该综述总结了外泌体分离方法的研究进展，对近几年来用于外泌体分离方法的原理、优缺点以及应用场景等进行概括与对比，为外泌体分离方法的选择提供参考。

该综述对用于外泌体分离的传统方法的分离原理、优缺点、纯度、回收率以及应用场景等进行了系统分析和归纳，对近两年用于外泌体分离的新兴方法（主要包括利用集成微流控、免疫学方法以及共价化学捕获外泌体）进行了概括列举，并且对每种方法的原理、优缺点、纯度以及回收率等进行了对比。在如何提高外泌体分离纯度与回收率以及保持外泌体生物活性与形态完整性的方法选择上提出了见解。例如，外泌体在密度和大小方面的特征使得非外泌体的功能性囊泡与外泌体共分离，导致分离出外泌体的纯度下降；高速旋转、过滤膜压力等产生的机械外力可能会影响外泌体生物活性与形态完整性。方法的综合可以取长补短，相辅相成，有效地提高分离出外泌体的纯度和/或产量并保持外泌体的生物活性。对于外泌体分离方法的选择需要考虑多种指标，比如纯度、产量、回收率等，很难说哪种方法是最好的选择，即便是能够集低消耗、自动化、便携化于一体的微流控技术。目前来看，必须基于每个具体的研究需求和应用场景来选择最合适自己研究的分离方法。

4、脂肪干细胞来源细胞外囊泡改善角质形成细胞功能加速糖尿病小鼠创面愈合

糖尿病足溃疡影响全球4000至6000万糖尿病患者，导致下肢截肢率增加至正常人的20倍，成为当前临床工作中的一大挑战。临床上传统治疗方案一般是清创后通过负压外吸引控制感染和渗出，诱导肉芽组织新生，再通过植皮手术覆盖创面以达到闭合伤口的目的。尽管如此，仍然难以避免植皮后再次坏死（12.1%）和感染（4.4%）的发生。因此，研发促进再上皮化的新型治疗方案，用以优化或替代植皮手术则具有更深远的临床意义。

近日，来自南昌大学第二附属医院和中南大学的研究人员报道了脂肪干细胞来源细胞外囊泡改善角质形成细胞功能加速糖尿病小鼠创面愈合的研究成果，并以“Adipose-Derived Stem Cell Extracellular Vesicles Improve Wound Closure and Angiogenesis in Diabetic Mice”为题发表在Plastic and Reconstructive Surgery上（2023 Feb 1;151(2):331-342. PMID: 36696316)。

研究团队在体外实验中，发现脂肪干细胞来源细胞外囊泡可被人角质形成细胞摄取内化，并改善糖基化终末产物对角质形成细胞生物学功能的损伤，具体表现为促进细胞的增殖、迁移和VEGF分泌；通过抑制FasL的表达来减少细胞凋亡。此外，Transwell实验证实脂肪干细胞胞外囊泡预处理后的角质形成细胞表现出更强的促内皮细胞管样结构形成功能。在体内实验中，发现在糖尿病小鼠创面局部滴加脂肪干细胞来源细胞外囊泡可加速约15.8%的愈合速率，降低约3.3天的平均愈合天数。在创面愈合的第15天，经囊泡治疗的糖尿病创面表现出高于对照组约18.2%的再上皮化比例和约2.7倍的新生血管数量，同时处于增殖期的上皮细胞数量增多，凋亡细胞下降，丝聚合蛋白（上皮重塑过程中的关键蛋白）的表达显著升高。

综上所述，脂肪干细胞来源细胞外囊泡在体外可改善糖基化终末产物导致的角质形成细胞生物功能减退，提高细胞的增殖，迁移和促血管新生能力，并抑制凋亡；在体内可通过促进再上皮化和血管新生来加速糖尿病小鼠的创面愈合。从经济角度出发，与细胞疗法相比，细胞外囊泡可以在-80℃下储存和运输，成本更低廉。从生物安全和伦理角度出发，相较于具有生物活性的干细胞，低免疫原性的细胞外囊泡作为细胞间传递遗传物质和小分子的载体则更加安全可控，更容易作为生物产品通过异体使用的伦理审查。因此，该研究团队设想，未来可根据临床需要，在生物反应器中大规模生产干细胞来源细胞外囊泡，并采用具有抗菌和再生作用的生物支架控释，用于促进临床上负压外吸引后糖尿病创面的原位再上皮化，为优化糖尿病足溃疡的治疗和护理提供新的策略。